CN107343231A - 非对称缓存与转发模块及由其组成的分组交换节点及网络 - Google Patents

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Abstract

一种非对称缓存与转发模块以及由其组成的分组交换节点及网络。本发明所提供的软件定义端口带宽可配置的光电混合分组交换节点，以非对称缓存与转发模块中接收机个数(m×n)大于发送机个数k的设计为基础，利用光交换矩阵重构物理层拓扑的功能，结合控制模块以SDN网络架构实现了端口带宽的动态配置。本发明利用带宽存在富余的端口的端口带宽补充存在拥塞的端口的端口带宽，从而提高交换节点总带宽的利用率。本发明所提供的方案，在进行动态分配端口带宽操作时不影响光电混合分组交换节点接收其余光电混合分组交换节点发送至本节点的数据报文，可实现网络级别的性能优化。

Description

非对称缓存与转发模块及由其组成的分组交换节点及网络
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种端口带宽可配置的光电混合分组交换技术。
背景技术
目前，光纤通信网络中的分组交换节点需通过“储存-转发”机制实现数据交换。数据交换过程中，现有交换节点内会对转发数据报文进行统计，形成流表，以供实现防火墙、网络地址转换等功能。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)通过不同设备商开放共享其交换节点的流表，并通过统一标准和开放的协议对不同交换节点中的流表进行编程控制，进而控制交换节点根据流表，对各种数据流进行相应处理。软件定义网络其本质在于控制平面与数据平面的分离，通过通用的底层硬件设备进行集中式的数据流控制。通过SDN网络架构，网络使用者可以针对特定业务功能定制网络，使网络更加的灵活。
然而，现有的软件定义网络中仍不能实现交换节点级的端口带宽资源调度，吞吐量与平均时延仍有待改进。其根本原因在于，虽然软件定义网络中网络控制器可通过提取流表信息对网络中的数据流量进行灵活调度，但网络中使用的传统的分组交换节点的端口带宽还是由其所采用的协议标准决定，在设备制造完成后不可配置。在实现数据报文交换的过程中，存在一段时间内某端口带宽占用率为100％(带宽资源不足)而其余端口带宽占用率较低的情况。这种情况下，端口带宽占用率较低的端口的带宽资源无法有效利用，不能通过配置交换节点，将未使用的端口带宽资源分配至带宽占用率为100％的端口。即，现有分组交换节点的可提供的端口带宽，由于无法进行动态配置，而得不到有效利用。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种非对称缓存与转发模块以及由其组成的分组交换节点及网络。
首先，为实现上述目的，提出一种非对称缓存与转发模块，包括控制接口、流量监控与调度单元、电缓存单元、至少一个接收机以及至少一个发射机，其特征在于，所述发射机的数量不多于所述接收机的数量，其中至少k个发射机的工作波长由所述流量监控与调度单元配置；
所述接收机、所述发射机以及所述流量监控与调度单元均连接所述电缓存单元；所述流量监控与调度单元还与所述控制接口连接；
所述接收机用于接收载有数据报文的光信号，对所述光信号进行光电转换，向所述电缓存单元输出由其从光信号中还原出的数据报文；
所述电缓存单元用于缓存所述数据报文；
所述流量监控与调度单元用于采集并向所述控制接口输出所述电缓存单元中数据报文的统计信息；所述流量监控与调度单元还用于根据控制接口输入的波长配置信息和端口映射关系配置所述k个发射机的工作波长，控制所述数据报文的发送端口与发送时刻；
所述控制接口用于上传所述流量监控与调度单元输入的所述统计信息，还用于向所述流量监控与调度单元输出所述波长配置信息和端口映射关系；
所述发射机用于根据所述流量监控与调度单元的控制，将所述电缓存单元内的数据报文转换为所述波长配置信息所确定的工作波长的光信号，在发送时刻将所述光信号发送至对应的发送端口。
进一步，上述非对称缓存与转发模块中，所述接收机共分为m+p组，其中的m组中，每组均包含n个所述接收机，m×n≥k；其中的另外p组接收机，每组接收机数量均为1个；所述接收机接收信号波长范围位于通信波段，波长范围为1200nm到1600nm。
同时，上述非对称缓存与转发模块中，所述发射机的数量为k+p个,其中所述k+p个发射机均为可调谐发射机，其工作波长由所述流量监控与调度单元配置，所述k+p个发射机的工作波长范围位于通信波段，波长范围为1200nm到1600nm。
其次，为实现上述目的，还提出一种由上述非对称缓存与转发模块构成的光电混合分组交换节点，其特征在于，包括m个1×n端口的波分解复用器(Demultiplexer，DMUX)、光交换矩阵、m个n×1端口的波分复用器(Multiplexer，MUX)和一个控制模块；其中，所述光交换矩阵总共包括至少k个输入端和至少m×n个输出端；其中，所述非对称缓存与转发模块内接收机的数量为m×n+p个，发射机的数量为k+p个，m×n≥k：
所述m个1×n端口的波分解复用器的输出端分别与所述非对称缓存与转发模块中第1至第m×n个接收机连接；所述m个1×n端口的波分解复用器的输入端构成所述光电混合分组交换节点的核心交换输入端口；
所述非对称缓存与转发模块中的k个可调谐发射机分别与所述光交换矩阵中的k个输入端连接；所述光交换矩阵的m×n个输出端分别依次连接所述m个n×1端口的波分复用器的输入端，所述m个n×1端口的波分复用器输出端构成所述光电混合分组交换节点的核心交换输出端口；
所述非对称缓存与转发模块中剩余的p个接收机构成所述光电混合分组交换节点的边缘输入端口；所述非对称缓存与转发模块中剩余的p个发射机构成所述光电混合分组交换节点的边缘输出端口；
所述控制模块包括南向接口和北向接口，所述南向接口同时连接所述非对称缓存与转发模块中的控制接口和所述光交换矩阵中的控制接口；所述北向接口作为所述光电混合分组交换节点的控制端口；所述控制模块用于根据所述非对称缓存与转发模块中控制接口上传的所述数据报文的统计信息，根据所述北向接口接收的控制信息，生成波长配置信息和端口映射关系并下达至所述非对称缓存与转发模块的控制接口及所述光交换矩阵。
进一步，上述光电混合分组交换节点中，所述控制模块包括依次连接的流量统计单元、算法单元和配置单元；
所述流量统计单元用于接收所述非对称缓存与转发模块中控制接口上传的所述数据报文的统计信息；
所述算法单元用于接收通过所述北向接口下达的算法指令，根据所述算法指令计算波长配置信息和端口映射关系，所述端口映射关系包括数据报文目的地址与所述非对称缓存与转发模块中输出端的映射关系，所述端口映射关系还包括所述非对称缓存与转发模块中发射机与所述光电混合分组交换节点的核心输出端口的映射关系；
所述配置单元用于根据所述算法单元生成的所述波长配置信息和端口映射关系，通过所述南向接口向所述非对称缓存与转发模块和所述光交换矩阵下达。
再进一步，上述光电混合分组交换节点的所述算法单元中，对所述波长配置信息的计算方法包括：
步骤S1，获取本光电混合分组交换节点中各核心交换输出端口的网络流量，以及本光电混合分组交换节点全部端口的网络流量；
步骤S2，根据所述各核心交换输出端口的网络流量占全部端口网络流量的比例分配该核心交换输出端口的带宽。
更进一步，上述光电混合分组交换节点中，所述k个发射机的工作波长与其对应核心交换输出端口所连接的波分复用器的工作波长相匹配，所述发射机所对应的核心交换输出端口由所述算法单元生成的所述端口映射关系确定。
同时，本发明还提出一种基于上述光电混合分组交换节点的软件定义网络，包括至少一个所述光电混合分组交换节点、至少一个网络终端和一个网络控制器，
所述光电混合分组交换节点之间通过所述核心交换输入端口和所述核心交换输出端口互联；所述光电混合分组交换节点与所述网络终端之间通过所述边缘输入端口和所述边缘输出端口互联；所述光电混合分组交换节点与所述网络控制器之间通过所述控制端口互联。
进一步，上述软件定义网络中，所述光电混合分组交换节点之间连接形成端口带宽可配置软件定义网络，所述端口带宽可配置软件定义网络中，与同一光电混合分组交换节点连接的网络终端之间通过该光电混合分组交换节点的边缘输入端口和边缘输出端口进行数据交互；与不同光电混合分组交换节点连接的网络终端之间通过各自连接的光电混合分组交换节点的核心交换输出端口与核心交换输入端口通过所述的端口带宽可配置软件定义网络进行数据交互。
有益效果
本发明将m×n+p个接收机、k+p个可调谐发射机、1个电缓存单元、1个流量监控与调度单元和1个控制接口组合为非对称缓存与转发模块。每个非对称缓存与转发模块均与m个1×n端口波分解复用器(DMUX)、k×(m×n)端口光交换矩阵、m个n×1端口波分复用器(MUX)和1个控制模块相连接，构成端口带宽可配置软件定义网络中的光电混合分组交换节点。本发明所提供的软件定义端口带宽可配置的光电混合分组交换节点，以非对称缓存与转发模块中接收机个数(m×n)大于发送机个数k的设计为基础，利用光交换矩阵重构物理层拓扑的功能，结合控制模块以SDN网络架构实现了交换节点端口带宽的动态配置。本质上，该光电混合分组交换节点以增加接收机个数/减少发送机个数(m×n-k)为手段，结合光交换矩阵实现了端口带宽的动态配置，以带宽存在富余的端口的端口带宽补充存在拥塞的端口的端口带宽，从而提高交换节点总带宽的利用率。
区别于端口带宽固定的分组交换节点，本发明提供的光电混合分组交换节点可以对节点输出端口的带宽进行动态配置，具体过程为：所述光电混合分组交换节点内控制模块中的流量统计单元通过南向接口与非对称缓存与转发模块的控制接口连接，从所述非对称缓存与转发模块中的流量监控与调度单元内提取该电缓存单元本时刻内缓存的数据报文的统计信息，计算获得算法单元所需的统计信息，将该统计信息发送至算法单元；算法单元由北向接口获取网络控制器的配置算法，将本时刻内获取的统计信息按照网络控制器配置的算法计算出光交换矩阵的端口映射关系、所述非对称缓存与转发模块中k个可调谐发射机的波长配置信息，其后，将计算出的信息发送至配置单元；配置单元根据上述信息，通过南向接口配置光交换矩阵的拓扑、非对称缓存与转发模块中k个发射机的工作波长和光交换矩阵各端口的映射关系，完成所述光电混合分组交换节点的端口带宽的配置。从端口带宽动态配置的过程中可以看出，该配置过程具有“智能性”与“实时性”。具体地，由当前时刻节点获取的流量信息通过网络控制器配置的算法(根据不同算法优化目标)可计算得出此时端口带宽的最优配置，随后由配置单元根据上述信息(包括波长配置信息和端口映射关系)对非对称缓存与转发模块和光交换矩阵进行配置，实现对端口带宽的动态配置。例如，某交换节点的某端口发生拥塞时，控制模块可以通过配置非对称缓存与转发模块与光交换矩阵以增大该端口发送带宽，解决该端口的拥塞问题。
进一步的，若干软件定义端口带宽可配置光电混合分组交换节点可组成由同一个网络控制器控制的分组交换网络，网络控制器可以通过光电混合分组交换节点的北向接口收集全网各分组交换节点的数据报文的统计信息，进而可以根据全网流量的统计信息为各交换节点配置不同的算法，且，该动态分配端口带宽动作不影响光电混合分组交换节点接收其余光电混合分组交换节点发送至本节点的数据报文，因而可实现网络级别的性能优化。例如，网络控制器可以为网络中某一条带宽占用量较大的TCP/UDP连接调配独立的专用带宽或专用的物理层波长信道，以满足其服务质量(QoS)。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的非对称缓存与转发模块架构示意图；
图2为根据本发明的光电混合分组交换节点的架构示意图；
图3为根据本发明的软件定义网络的架构示意图；
图4为根据本发明的带宽配置算法流程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明的非对称缓存与转发模块架构示意图，包括控制接口、流量监控与调度单元、电缓存单元、至少一个接收机以及至少一个发射机，其特征在于，所述发射机的数量不多于所述接收机的数量，其中至少k个发射机的工作波长由所述流量监控与调度单元配置；
所述接收机、所述发射机以及所述流量监控与调度单元均连接所述电缓存单元；所述流量监控与调度单元还与所述控制接口连接；
所述接收机用于接收载有数据报文的光信号，对所述光信号进行光电转换，向所述电缓存单元输出由其从光信号中还原出的数据报文；
所述电缓存单元用于缓存所述数据报文；
所述流量监控与调度单元用于采集并向所述控制接口输出所述电缓存单元中数据报文的统计信息；所述流量监控与调度单元还用于根据控制接口输入的波长配置信息和端口映射关系配置所述k个发射机的工作波长，控制所述数据报文的发送端口与发送时刻；
所述控制接口用于上传所述流量监控与调度单元输入的所述统计信息，还用于向所述流量监控与调度单元输出所述波长配置信息和端口映射关系；
所述发射机用于根据所述流量监控与调度单元的控制，将所述电缓存单元内的数据报文转换为所述波长配置信息所确定的工作波长的光信号，在发送时刻将所述光信号发送至对应的发送端口。
进一步，上述非对称缓存与转发模块中，所述接收机共分为m+p组，其中的m组中，每组均包含n个所述接收机，m×n≥k；其中的另外p组接收机，每组接收机数量均为1个；所述接收机接收信号波长范围位于通信波段，波长范围为1200nm到1600nm。
同时，上述非对称缓存与转发模块中，所述发射机的数量为k+p个,其中所述k+p个发射机均为可调谐发射机，其工作波长由所述流量监控与调度单元配置，所述k+p个发射机的工作波长范围位于通信波段，波长范围为1200nm到1600nm。
进一步地，参照图2，上述的非对称缓存与转发模块还可与m个1×n端口的波分解复用器(Demultiplexer)、光交换矩阵、m个n×1端口的波分复用器(Multiplexer)和一个控制模块组合，构成一个光电混合分组交换节点。其中：所述光交换矩阵总共包括至少k个输入端和至少m×n个输出端；其中，所述非对称缓存与转发模块内接收机的数量为m×n+p个，发射机的数量为k+p个，m×n≥k；
所述m个1×n端口的波分解复用器的输出端分别与所述非对称缓存与转发模块中第1至第m×n个接收机连接；所述m个1×n端口的波分解复用器的输入端构成所述光电混合分组交换节点的核心交换输入端口；
所述非对称缓存与转发模块中的k个可调谐发射机分别与所述光交换矩阵中的k个输入端连接；所述光交换矩阵的m×n个输出端分别依次连接所述m个n×1端口的波分复用器的输入端，所述m个n×1端口的波分复用器输出端构成所述光电混合分组交换节点的核心交换输出端口；
所述非对称缓存与转发模块中剩余的p个接收机构成所述光电混合分组交换节点的边缘输入端口；所述非对称缓存与转发模块中剩余的p个发射机构成所述光电混合分组交换节点的边缘输出端口；
所述控制模块包括南向接口和北向接口，所述南向接口同时连接所述非对称缓存与转发模块中的控制接口和所述光交换矩阵中的控制接口；所述北向接口作为所述光电混合分组交换节点的控制端口；所述控制模块用于根据所述非对称缓存与转发模块中控制接口上传的所述数据报文的统计信息，根据所述北向接口接收的控制信息，生成波长配置信息和端口映射关系并下达至所述非对称缓存与转发模块的控制接口及所述光交换矩阵。
进一步，上述光电混合分组交换节点中，所述控制模块包括依次连接的流量统计单元、算法单元和配置单元；
所述流量统计单元用于接收所述非对称缓存与转发模块中控制接口上传的所述数据报文的统计信息；
所述算法单元用于接收通过所述北向接口下达的算法指令，根据所述算法指令计算波长配置信息和端口映射关系，所述端口映射关系包括数据报文目的地址与所述非对称缓存与转发模块中输出端的映射关系，所述端口映射关系还包括所述非对称缓存与转发模块中发射机与所述光电混合分组交换节点的核心输出端口的映射关系；
所述配置单元用于根据所述算法单元生成的所述波长配置信息和端口映射关系，通过所述南向接口向所述非对称缓存与转发模块和所述光交换矩阵下达。
再进一步，上述光电混合分组交换节点的所述算法单元中，对所述波长配置信息的计算方法包括：
步骤S1，获取本光电混合分组交换节点中各核心交换输出端口的网络流量，以及本光电混合分组交换节点全部端口的网络流量；
步骤S2，根据所述各核心交换输出端口的网络流量占全部端口网络流量的比例分配该核心交换输出端口的带宽。
更进一步，上述光电混合分组交换节点中，所述k个发射机的工作波长与其对应核心交换输出端口所连接的波分复用器的工作波长相匹配，所述发射机所对应的核心交换输出端口由所述算法单元给出。
更进一步地，参照图3，本发明还提出一种基于上述光电混合分组交换节点的软件定义网络，包括至少一个所述光电混合分组交换节点、至少一个网络终端和一个网络控制器，
所述光电混合分组交换节点之间通过所述核心交换输入端口和所述核心交换输出端口互联；所述光电混合分组交换节点与所述网络终端之间通过所述边缘输入端口和所述边缘输出端口互联；所述光电混合分组交换节点与所述网络控制器之间通过所述控制端口互联。
进一步，上述软件定义网络中，所述光电混合分组交换节点之间连接形成端口带宽可配置软件定义网络，所述端口带宽可配置软件定义网络中，与同一光电混合分组交换节点连接的网络终端之间通过该光电混合分组交换节点的边缘输入端口和边缘输出端口进行数据交互；与不同光电混合分组交换节点连接的网络终端之间通过各自连接的光电混合分组交换节点的核心交换输出端口与核心交换输入端口通过所述的端口带宽可配置软件定义网络进行数据交互。
本发明技术方案的优点主要体现在：由m×n+p个接收机，k+p个发射机，1个电缓存单元和1个控制接口组成非对称缓存与转发模块；由1个非对称缓存与转发模块、1个k×(m×n)端口光交换矩阵、m个1×n端口波分解复用器、m个n×1端口波分复用器和1个控制模块构成光电混合分组交换节点。由该光电混合分组交换节点组成软件定义网络，根据实时的网络流量对算数光电混合分组交换节点的端口带宽进行动态配置，提高交换节点总的端口带宽利用率。由于各交换节点内各端口带宽可根据网络实时流量进行动态配置，从而，本发明可通过提高端口带宽的利用率，从而提升网络吞吐量，降低网络时延。本发明所提供的光电混合分组交换节点尤其适合于具有突发网络流量特性的网络中。
下面以4个光电混合分组交换节点、16个网络终端、1个网络控制器所组成的端口带宽可配置软件定义网络为例，说明本发明对端口带宽的动态配置过程。
本实施例中，光电混合分组交换节点内端口数量间的关系为m＝3，n＝4，k＝4，p＝4。网络的具体连接关系为：
4个所述光电混合分组交换节点使用各自内部连接有波分解复用器与波分复用器的3个核心交换输入端口与3个核心交换输出端口两两连接，形成mesh型网络；每4个网络终端通过所述光电混合分组交换节点的边缘输入端口(与节点内部非对称缓存与转发模块直接连接的4个输入端口)与边缘输出端口连接同1个所述光电混合分组交换节点；4个所述光电混合分组交换节点通过内部控制模块的北向接口同时与网络控制器连接。
连接至同一个光电混合分组交换节点的网络终端通过该交换节点交换数据报文。连接至不同光电混合分组交换节点的网络终端通过该交换节点与其余交换节点组成的基于SDN(Software Defined Network,SDN，软件定义网络)架构的网络交换数据报文。网络控制器配置各光电混合分组交换节点内控制模块的算法单元。本实施例中，算法单元配置的算法为，根据网络流量状况实时分配端口带宽。
以下描述一次动态分配端口带宽实例：
在某一段时间内，连接至光电混合分组交换节点1的网络终端1至网络终端4仅有数据报文向连接至光电混合分组交换节点3的网络终端9至网络终端12发送。光电混合分组交换节点1控制模块中的流量统计单元计算出该网络流量的统计信息后发送至算法单元；算法单元根据已配置的算法(根据各输出端口网络流量所占本节点内总网络流量比例分配端口带宽)计算出：
1)所述非对称缓存与转发模块中4个可调谐发射机的波长配置信息为：分别配置4个可调谐发射机的工作波长分别为本节点内波分复用器所使用的4个波长；
2)数据报文目的地址与非对称缓存与转发模块中输出端的映射信息为：目的地址为网络终端9至网络终端12的数据报文与非对称缓存与转发模块的4个连接具有波长可配置功能的发射机的输出端对应；
3)非对称缓存与转发模块中输出端与所述光电混合分组交换节点的核心输出端口的映射关系，即光交换矩阵的拓扑信息为：光交换矩阵的4个输入端与光交换矩阵的12个输出端中的4个输出端建立物理层连接，所述4个输出端连接至波分复用器的4个输入端口，该波分复用器的输出端为连接光电混合分组交换节点3的核心端口(光交换矩阵有4个输入端与12个输出端，所述4个输入端分别连接4个可调谐发射机的4个输出端口，所述12个输出端分别连接4个波分复用器的12个输入端口。所述光交换矩阵的功能为：为给定的输入端与给定的输出端建立物理层连接。)；
配置单元根据得到的配置信息通过南向接口配置非对称缓存与转发模块中4个可调谐发射机的工作波长和端口映射关系(包括数据报文目的地址与所述非对称缓存与转发模块中输出端的映射关系，和所述非对称缓存与转发模块中发射机与所述光电混合分组交换节点的核心输出端口的映射关系)。上述动态分配端口带宽动作完成后，非对称缓存与转发模块中的流量监控与调度单元根据数据报文目的地址与输出端的映射关系控制电缓存单元内的数据报文进行发送。
经过上述动态分配端口带宽动作后，光电混合分组交换节点1的可动态配置的全部输出带宽均分配至连接光电混合分组交换节点3的核心输出端口，以适应该段时间内网络中的网络终端1至网络终端4仅向网络终端9至网络终端12发送数据报文的流量分布。该动态分配端口带宽功能减少了数据报文在光电混合分组交换节点内的缓存时延，进而降低了数据报文的端到端传输时延，提高了光电混合分组交换节点1的吞吐量，同时，通过动态分配端口带宽，增大了该4节点网络的吞吐量。
特别地，该动态分配端口带宽动作不影响光电混合分组交换节点1接收其余光电混合分组交换节点发送至本节点的数据报文，即，该动态分配端口带宽动作不影响其余网络终端向网络终端1至网络终端4发送数据报文。
参考图4流程，本实施例中，算法单元配置的算法为根据各输出端口网络流量所占本节点内总网络流量比例分配端口带宽，具体带宽配置算法流程如下：
a.算法单元从所述流量统计单元中获取此时节点流量的统计信息，具体包括：依据目的地址划分数据报文种类，获取划分后各分类中的数据报文个数、流量监控与调度单元根据IEEE802.3协议族中提供的地址学习方法(接收到数据报文时刻记录该报文源地址与节点端口的映射关系并形成查找表，发送数据报文时根据目的地址与形成的查找表信息发送，查找表内无映射关系时广播该数据报文)，根据学习到的网络终端地址与节点端口间的映射关系形的查找表；
b.计算各输出端口待发数据报文个数，具体过程为：将目的地址映射至同一个节点端口的所有数据报文的个数累加，计算得到各输出端口的待发数据报文个数；
c.计算各输出端口待发数据报文个数占比，具体过程为：将各输出端口的待发数据报文个数除以各输出端口的待发数据报文个数之和，得到各输出端口待发数据报文个数占比；
d.计算每个输出端口分配的可调谐发射机个数，具体过程为：将各输出端口待发数据报文个数占比与输出端口分配的可调谐发射机个数形成对应关系并做如下调整，各输出端口待发数据报文个数占比向下取整后，大于n的整数取n，若此时仍有未分配的可调谐发射机，优先分配至输出端口分配的可调谐发射机个数为0的输出端口，即该输出端口分配的可调谐发射机个数加1，若此时仍有未分配的可调谐发射机，优先分配至此时输出端口分配的可调谐发射机个数小于n且最大的输出端口，即该输出端口分配的可调谐发射机个数加1，直到无未分配的可调谐发射机为止；
e.计算各可调谐发射机的工作波长信息，具体过程为：将第i个输出端口分配的可调谐发射机个数记为wi，据此将k个可调谐发射机依次分为m组，每组wi个，各可调谐发射机的工作波长为，每组的wi个可调谐发射机分别分配节点内波分复用器输入端口使用的n个波长的前wi个；
f.计算光交换矩阵的拓扑信息(即，所述非对称缓存与转发模块中输出端与所述光电混合分组交换节点的核心输出端口的映射关系)，具体过程为：将光交换矩阵的k个输入端口依次分为m组，每组wi个，m×n个输出端口依次分为m组，每组n个，光交换矩阵的拓扑为，第i组输入端口的wi个输入端口依次与第i组输出端口的前wi个输出端口连接；
g.计算数据报文目的地址与输出端的映射信息，具体过程为：将非对称缓存与转发模块的k个输出端依次分为m组，每组wi个，记第i组中的wi个输出端为节点输出端口i的对应输出端，根据算法单元由步骤a中获取的流量监控与调度单元学习到的网络终端地址与节点端口间的映射关系形成的查找表，确定数据报文目的地址与输出端的映射信息，即，与某节点端口形成映射关系的网络终端地址所对应的数据报文目的地址(地址相同)与该节点端口对应的wi个输出端形成映射关系；
h.算法单元发送步骤e、f、g中计算出的可调谐发射机的工作波长信息、光交换矩阵的拓扑信息和数据报文目的地址与输出端的映射信息至所述配置单元。
在分组交换节点组成的网络中，一般情况下各端口的待发数据流量不是平均分布，特别是在具有突发流量特性的网络环境中，各端口待发数据流量极不平均，实现大数据分析与云计算的物理实体-数据中心内部的网络即具有该流量突发特性。传统的分组交换节点中的端口带宽由使用的协议标准决定，在设备制造完成后不可动态分配，交换节点的各端口的输出带宽均相同，不能满足非平均分布流量特性网络中高效利用交换节点总端口带宽的要求。本发明提供的软件定义端口带宽可配置光电混合分组交换节点，利用发明中提供的非对称缓存与转发模块、光交换矩阵和控制模块，多个光电混合分组交换节点可根据SDN网络架构组成端口带宽可动态配置的网络，各光电混合分组交换节点的输出带宽在网络控制器配置的算法下，根据实时的网络流量统计信息，进行节点核心交换端口输出带宽的动态配置，提高不平均流量分布下交换节点总端口带宽的利用率，从而提高网络吞吐量，降低网络时延。该软件定义端口带宽可配置光电混合分组交换节点特别适合于具有突发流量特性的网络环境中使用，如数据中心网络等。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非对称缓存与转发模块，包括控制接口、流量监控与调度单元、电缓存单元、至少一个接收机以及至少一个发射机，其特征在于，所述发射机的数量不多于所述接收机的数量，其中至少k个发射机的工作波长由所述流量监控与调度单元配置；
所述接收机、所述发射机以及所述流量监控与调度单元均连接所述电缓存单元；所述流量监控与调度单元还与所述控制接口连接；
所述接收机用于接收载有数据报文的光信号，对所述光信号进行光电转换，向所述电缓存单元输出由其从光信号中还原出的数据报文；
所述电缓存单元用于缓存所述数据报文；
所述流量监控与调度单元用于采集并向所述控制接口输出所述电缓存单元中数据报文的统计信息；所述流量监控与调度单元还用于根据控制接口输入的波长配置信息和端口映射关系配置所述k个发射机的工作波长，控制所述数据报文的发送端口与发送时刻；
所述控制接口用于上传所述流量监控与调度单元输入的所述统计信息，还用于向所述流量监控与调度单元输出所述波长配置信息和端口映射关系；
所述发射机用于根据所述流量监控与调度单元的控制，将所述电缓存单元内的数据报文转换为所述波长配置信息所确定的工作波长的光信号，在发送时刻将所述光信号发送至对应的发送端口。
2.如权利要求1所述的非对称缓存与转发模块，其特征在于，所述接收机共分为m+p组，其中的m组中，每组均包含n个所述接收机，m×n≥k；其中的另外p组接收机，每组接收机数量均为1个；所述接收机接收信号波长范围位于通信波段，波长范围为1200nm到1600nm。
3.如权利要求1所述的非对称缓存与转发模块，其特征在于，所述发射机的数量为k+p个,其中所述k+p个发射机均为可调谐发射机，其工作波长由所述流量监控与调度单元配置，所述k+p个发射机的工作波长范围位于通信波段，波长范围为1200nm到1600nm。
4.一种由权利要求1所述非对称缓存与转发模块构成的光电混合分组交换节点，其特征在于，还包括m个1×n端口的波分解复用器、光交换矩阵、m个n×1端口的波分复用器和一个控制模块；其中，所述光交换矩阵总共包括至少k个输入端和至少m×n个输出端；其中，所述非对称缓存与转发模块内接收机的数量为m×n+p个，发射机的数量为k+p个，m×n≥k；
所述m个1×n端口的波分解复用器的输出端分别与所述非对称缓存与转发模块中第1至第m×n个接收机依次连接；所述m个1×n端口的波分解复用器的输入端构成所述光电混合分组交换节点的核心交换输入端口；
所述非对称缓存与转发模块中的k个可调谐发射机分别与所述光交换矩阵中的k个输入端连接；所述光交换矩阵的m×n个输出端分别依次连接所述m个n×1端口的波分复用器的输入端，所述m个n×1端口的波分复用器输出端构成所述光电混合分组交换节点的核心交换输出端口；
所述非对称缓存与转发模块中剩余的p个接收机构成所述光电混合分组交换节点的边缘输入端口；所述非对称缓存与转发模块中剩余的p个发射机构成所述光电混合分组交换节点的边缘输出端口；
所述控制模块包括南向接口和北向接口，所述南向接口同时连接所述非对称缓存与转发模块中的控制接口和所述光交换矩阵中的控制接口；所述北向接口作为所述光电混合分组交换节点的控制端口；
所述控制模块用于根据所述非对称缓存与转发模块中控制接口上传的所述数据报文的统计信息，根据所述北向接口接收的控制信息，生成波长配置信息和端口映射关系并下达至所述非对称缓存与转发模块的控制接口及所述光交换矩阵。
5.如权利要求4所述的光电混合分组交换节点，其特征在于，所述控制模块包括依次连接的流量统计单元、算法单元和配置单元；
所述流量统计单元用于接收所述非对称缓存与转发模块中控制接口上传的所述数据报文的统计信息；
所述算法单元用于接收通过所述北向接口下达的算法指令，根据所述算法指令计算波长配置信息和端口映射关系，所述端口映射关系包括数据报文目的地址与所述非对称缓存与转发模块中输出端的映射关系，所述端口映射关系还包括所述非对称缓存与转发模块中发射机与所述光电混合分组交换节点的核心输出端口的映射关系；
所述配置单元用于根据所述算法单元生成的所述波长配置信息和端口映射关系，通过所述南向接口向所述非对称缓存与转发模块和所述光交换矩阵下达。
6.如权利要求4所述的光电混合分组交换节点，其特征在于，所述算法单元中，对所述波长配置信息的计算方法包括：
步骤S1，获取本光电混合分组交换节点中各核心交换输出端口的网络流量，以及本光电混合分组交换节点全部端口的网络流量；
步骤S2，根据所述各核心交换输出端口的网络流量占全部端口网络流量的比例分配该核心交换输出端口的带宽。
7.如权利要求4至6任一所述的光电混合分组交换节点，其特征在于，所述k个发射机的工作波长与其对应核心交换输出端口所连接的波分复用器的工作波长相匹配，所述发射机所对应的核心交换输出端口由所述算法单元生成的所述端口映射关系确定。
8.一种由权利要求4所述光电混合分组交换节点构成的软件定义网络，其特征在于，包括至少一个所述光电混合分组交换节点、至少一个网络终端和一个网络控制器；
所述光电混合分组交换节点之间通过所述核心交换输入端口和所述核心交换输出端口互联；所述光电混合分组交换节点与所述网络终端之间通过所述边缘输入端口和所述边缘输出端口互联；所述光电混合分组交换节点与所述网络控制器之间通过所述控制端口互联。
9.如权利要求8所述的软件定义网络，其特征在于，所述光电混合分组交换节点之间形成网络，所述网络中，与同一光电混合分组交换节点连接的网络终端之间通过该光电混合分组交换节点的边缘输入端口和边缘输出端口进行数据交互；与不同光电混合分组交换节点连接的网络终端之间通过各自连接的光电混合分组交换节点的核心交换输出端口与核心交换输入端口通过所述的端口带宽可配置软件定义网络进行数据交互。
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